EP0367942A1

EP0367942A1 - Lamellierte Magnetkerne, Magnetkernteile und Kompaktbleche sowie Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: EP0367942A1
Application number: EP89116767A
Authority: EP
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Hoppe; Rolf Prof.-Dr.-Ing. Tzscheutschler; Günter Pat.-Ing. Hoppe; Hilmar Dr.-Ing. Stephani
Original assignee: Transformatoren und Roentgenwerk GmbH
Current assignee: Transformatoren und Roentgenwerk GmbH
Priority date: 1988-11-08
Filing date: 1989-09-11
Publication date: 1990-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft lamellierte Magnetkerne, Magnetkernteile und Kompaktbleche aus dünnem amorphem Magnetmaterial sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Kompaktbleche können vorteilhaft wie herkömmliche Dynamobleche verarbeitet werden, obwohl sie aus dünnen amorphen Bändern bestehen. Die Bänder werden zunächst von mehreren Vorratsrollen abgenommen und parallel in eine Falteinrichtung eingeführt und zu I-förmigen Bandstapeln gefaltet. Anschließend werden Teilbandstapel herausgezogen und zur Längsrichtung des ursprünglichen bzw. verbleibenden Bandstapels verschwenkt. Auf diese Weise entstehen Magnetkernteile oder Kompaktbleche L-förmiger Gestalt. Bei mehrfachem Verschwenken entstehen U-förmige oder geschlossene Magnetkreise. Durch Variation der Faltlänge sind Teile gleichen Querschnitts oder mit reduziertem Querschnitt an den Enden des I-förmigen, L-förmigen oder U-förmigen Teils erhältlich. Werden die Vorratsrollen mit unterschiedlichem Material bestückt, entstehen Mischkerne z. B. aus amorphem oder teilweise amorphem Material mit gescherter Magnetisierungskurve oder mit einer resultierenden Permeabilität. Die verwendeten Bänder können sich bezüglich der Legierung oder bezüglich der Sättigungsinduktion, der Magnetostriktion, der Permeabilität oder der Duktilität unterscheiden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von lamellierten Magnetkernen bzw. von lamellierten Magnetkernteilen bzw. Kompaktblechen für elektrische Induktionsapparate, die aus dünnsten Bändern, z. B. aus amorphem Magnetmaterial, bestehen. Bei diesem Verfahren wird durch gleichzeitiges und gemeinsames mäanderförmiges bzw. zickzackförmiges Falten von übereinander bzw. parallel zueinander angeordneten Bändern ein I-förmiger Bandstapel hergestellt. Derartige Magnetkerne werden bevorzugt für elektrische Übertrager, Transformatoren und Wandler benötigt; solche Magnetkernteile bzw. Kompaktbleche sind zur Herstellung kompletter Magnetkerne geeignet. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Mischkernen aus amorphem oder mindestens teilweise amorphem Magnetmaterial, wo sich das Magnetmaterial ein und desselben Magnetkerns, Magnetkernteils oder Kompaktblechs aus Bändern unterschiedlicher Eigenschaft, z. B. bezüglich Permeabilität, Sättigungsinduktion, Magnetostriktion oder Duktilität, bzw. unterschiedlicher Legierung zusammensetzt.
Die Erfindung betrifft ferner lamellierte Magnetkernteile bzw. lamellierte Kompaktbleche I-förmiger Gestalt, die aus dünnen Bändern bestehen. Diese dünnen Bänder sind lagenweise aufeinandergeschichtet und an den Enden des Magnetkernteils bzw. Kompaktblechs miteinander verbunden, da die Lagen ebenfalls durch Faltung aus einem quasi endlosen Band erzeugt werden, sowie entsprechende Mischkerne aus amorphem oder mindestens teilweise amorphem Magnetmaterial.
Unter I-förmigen Bandstapeln werden Bandstapel verstanden, welche in der Draufsicht die Form eines langgestreckten Rechtecks aufweisen.
Amorphes Magnetmaterial liegt aufgrund der bei seiner Herstellung angewandten technologischen Prozesse in dünnen Bändern begrenzter Breite, aber praktisch unbegrenzter Länge vor. Damit scheiden formgerechtes Schneiden und Schichten (Verschachteln) einzelner Folien bei der Herstellung von Magnetkernen aus praktischen Erwägungen heraus aus. Die in Dicken von etwa 0,025 mm bis 0,050 mm anfallenden amorphen Magnetbänder wurden daher überwiegend auf gewickelt und in Form von Wickelbandkernen zur Anwendung gebracht. Ferner ist es bekannt, diese Wickelbandkerne aufzuschneiden und als Schnittbandkerne weiter zu verarbeiten. Während geschlossene Bandkerne für Wicklungen hoher Windungszahlen ungeeignet sind, treten bei Verwendung von Schnittbandkernen die erforderlichen besonderen Trennverfahren bei amorphem Material, die Probleme durch das Vorhandensein von Luftspalten und der besondere konstruktive Aufwand für die Pressung der Magnetkernteile nachteilig in Erscheinung (z. B. DD-A-258 355).
Des weiteren ist es zur Behebung der Verarbeitungsschwierigkeiten extrem dünner Folien bekannt, mehrere solcher bandförmiger Folien zu Laminaten zu verbinden und in Form von Blechen zur Verfügung zu stellen.
Diese Laminate sind für die Anwendung in Leistungstransformatoren, z. B. in Verteilertransformatoren, geeignet (Fish, E.: Recent Developments In Low Core Loss Materials For Power Transformers. Canadian Electrical Association Power Transformer Subsection. Montreal: Quebec 25. 03. 85). Ferner wurde bereits erwogen, Kompaktbleche durch Laminierung dünnster Folien dadurch zu erzeugen, daß zunächst Folien zu Wickelbandkernen gewickelt und anschließend durch Pressung zu ebenen Blechstapeln verformt werden (DD-A-317 165 4). Diese Blechstapel haben eine I-förmige Gestalt und sind in geringer Höhe als Magnetkernteile bzw. Kompaktbleche zum Schichten von kompletten Magnetkernen geeignet. In entsprechender Höhe können derartig hergestellte ebene Folienstapel als I-förmige Magnetkerne Anwendung finden. Allerdings ist hier von gewissem Nachteil, daß die Längsenden der Folienstapel eine konvexe Gestalt aufweisen. Zur Herstellung von Magnetkernen bzw. von Magnetkernteilen ist es ferner bekannt, Magnetbänder zu falten. So ist es bekannt, die Joche von Leistungstransformatoren, die als Tempeltyp ausgeführt sind, durch Falten von einem oder mehreren bereitgestellten amorphen Bändern herzustellen (EP-A1-151048). Des weiteren ist es bekannt, Magnetkerne mit kreisringförmigem Querschnitt und einer Bauhöhe, die der Bandbreite entspricht, dadurch zu erzeugen, daß die Bleche mit zunächst zunehmender Faltenlänge und nach Erreichen des Kerndurchmessers mit abnehmender Faltenlänge gefaltet werden (DD-A-73 587). Dieses Verfahren ist bei den Bandbreiten, in denen zur Zeit amorphes Material zur Verfügung steht, nur sehr beschränkt einsetzbar; außerdem entsteht kein geschlossener Magnetkreis.
Gefaltete Bleche aus dünnen, aber nicht amorphen Magnetmaterialien zur Herstellung von U-förmigen Kernen nach formgerechtem Schneiden sind ebenfalls bekannt (DE-A1-31 37 391). Hier werden aus einem endlosen Band rechteckförmige Blechteile ausgestanzt und das verbleibende Band anschließend zickzackförmig gefaltet. Dieses Verfahren ist nicht abfallfrei und hat den Nachteil, daß es pro Blech eines Stanzschnitts bedarf.
Für die Herstellung von Leistungstransformatoren ist es ferner bekannt, eine große Zahl der sehr dünnen Blechlamellen zu säulenförmigen, sich selbst tragenden und formbeständigen Blechpaketen zusammenzusetzen, wobei diese Blechpakete einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, aber mit unterschiedlicher Länge bereitgestellt werden. Solche Magnetkernteile werden sodann nach Art eines Ziegelmauerwerks zu einem geschlossenen Magnetkern verarbeitet (DE-A1-31 38 564). Besondere Angaben über die Herstellung dieser quaderförmigen Magnetkernteile sind aus dieser Schrift nicht entnehmbar, so daß davon ausgegangen werden muß, daß die quaderförmigen Magnetkernteile nach formgerechtem Schneiden der Einzelfolien und deren Übereinanderschichten verklebt werden. Diese Lösung überwindet zwar den Nachteil der großen Empfindlichkeit der dünnen Folien bei der Montage der Magnetkerne; die Herstellung der quaderförmigen Magnetkernteile erscheint aber weiterhin problematisch, zumindest technologisch aufwendig. Außerdem erfordert die Anwendung dieser Lehre eine vollständig neue Kernkonstruktion.
Bei der Herstellung der beschriebenen Magnetkernteile bzw. Magnetbleche durch Zusammenfügen dünnster Folien bedarf es besonderer Verbindungsverfahren, die insbesondere in den Rand- bzw. Eckbereichen der Teile bzw. Bleche effektiv sein müssen. Hierfür wird die Verwendung von Klebstoffen vorgeschlagen (DE-A1-31 38 564), die entweder die amorphen Bänder vollständig benetzen oder punktförmig verteilte Klebestellen erzeugen (WO 86/ 3314). Darüber hinaus ist zu diesem Zweck auch bekannt, auf die Oberfläche der amorphen Folien im Temperaturbereich von 50 bis 350 Grad Celsius schmelzende Metalle aufzubringen, die während des nachfolgenden Temperprozesses schmelzen und die Folien innig verbinden (US-A-4 413 406).
Aus der vorstehenden Beschreibung des Standes der Technik ergibt sich die Aufgabe, ein Verfahren, wie man ausgehend von gefalteten dünnen Magnetbändern zu L-förmigen, U-förmigen oder geschlossenen Magnetkernen bzw. Magnetkernteilen oder auch zu Kompaktblechen gelangt, sowie entsprechende Magnetkerne, Magnetkernteile und Kompaktbleche anzugeben. Darüber hinaus besteht ferner die Aufgabe darin, solche Kompaktbleche vorzuschlagen, die in einfacher Weise zu Magnetkernen verschachtelt werden können.
Ganz allgemein gilt es also, einen ökonomisch und technologisch günstigen Weg für die Verarbeitung von dünnen amorphen oder teilweise amorphen Magnetbändern anzugeben, die teilweise exklusive Eigenschaften aufweisen; auch kommt es darauf an, in Weiterbildung der Grundgedanken der Erfindung Möglichkeiten zu finden, die teilweise sehr verschiedenen Eigenschaften der amorphen Magnetmaterialien miteinander zu kombinieren.
Diese vorstehend definierte Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindungskonzeption.
Auch Kombinationen der einzelnen Varianten des Erfindungskonzepts gehören zum Erfindungsgegenstand.
Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem dünne Bänder insbesondere aus amorphem Magnetmaterial zunächst durch mäanderartiges oder zickzackartiges Falten zu I-förmigen Bandstapeln verarbeitet werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß nach gleichzeitigem und gemeinsamen Falten mehrerer parallel bereitgestellter Bänder ein zu einem Band oder zu mehreren Bändern gehörender Teil des I-förmigen Bandstapels herausgezogen wird und anschließend der herausgezogene Teilbandstapel zur Längsachse des verbliebenen Bandstapels geschwenkt wird, vorzugsweise um 90°.
So kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung eine geradzahlige Anzahl von Bändern gemeinsam und gleichzeitig gefaltet werden. Danach wird die einem oder mehreren Bändern zugehörige Hälfte des I-förmigen Bandstapels herausgezogen und um 90 Grad geschwenkt, so daß ein L-förmiger Magnetkern, ein L-förmiges Magnetkernteil oder ein L-förmiges Kompaktblech entsteht.
Zur Herstellung eines U-förmigen Magnetkerns bzw. Magnetkernteils wird eine durch drei teilbare Anzahl von Bändern gemeinsam und gleichzeitig gefaltet. Daran anschließend wird ein zwei Drittel dieser Bänder entsprechender Teilbandstapel aus dem I-förmigen Bandstapel herausgezogen und mit seiner Längsachse zur Längsachse des verbliebenen Band stapels geschwenkt, vorzugsweise um 90°. Daran anschließend wird die einem oder mehreren Bändern zugehörige Hälfte des geschwenkten Bandstapels wiederum teilweise herausgezogen und wiederum um 90 Grad geschwenkt, so daß bei gleichem Drehsinn wie bei dem vorhergehenden Schwenkvorgang ein gleichstarkes U-förmiges Teil entsteht.
In analoger Weise sind geschlossene Magnetkerne, Magnetkernteile sowie geschlossene Kompaktbleche herstellbar, indem eine durch vier teilbare Anzahl von Bändern gemeinsam in der oben angegebenen Weise verarbeitet wird.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es möglich, den jeweils geschwenkten Teil des Bandstapels und/oder den verbliebenen Teil des Bandstapels in einer oder in beiden Längsrichtungen zu verschieben, derart, daß sich anschließend die beiden Teile ganz oder teilweise in Formschluß befinden.
Eine weitere Verbesserung des Verfahrens besteht gemäß der Erfindung darin, die parallel eingeführten Bänder alternierend mit unterschiedlicher Länge zu falten und die Differenz der Faltlängen gleich oder annähernd gleich der Breite oder der doppelten Breite der Bänder zu wählen. So entstehen Magnetkerne, Magnetkernteile oder Kompaktbleche, die in ihren Eckbereichen genau so stark sind wie in ihren Schenkelbereichen.
Zur Herstellung sogenannter Mischkerne wird gemäß einer weiteren Fortbildung des Grundgedankens so verfahren, daß jedes Band oder die Bänder einer oder mehrerer Gruppen von Bändern, die insbesondere von Vorratsrollen abgenommen werden, aus amorphem Magnetmaterial mit mindestens einer unterschiedlichen Eigenschaft bestehen. So können sich die amorphen Magnetmaterialien auf den einzelnen Rollen beispielsweise bezüglich der Permeabilität, der Sättigungsinduktion, der Magnetostriktion und/oder der Duktilität voneinander unterscheiden.
Der Vorschlag, die Faltlänge innerhalb eines Bandstapels unterschiedlich lang zu gestalten, ist gemäß einer anderen Weiterbildung auch so ausführbar, daß zunächst mehrere Faltungen einer Länge und sodann eine gleiche oder annähernd gleiche Anzahl von Faltungen einer anderen Länge vorgenommen werden. So entsteht ein I-förmiges, lamelliertes Magnetkernteil bzw. ein lamelliertes Kompaktblech, dessen Stärke an einem oder an beiden Enden auf die halbe oder annähernd die halbe Gesamtstärke reduziert ist, wobei der Bereich reduzierter Stärke etwa der Bandbreite entspricht.
Andere Weiterbildungen des Erfindungskonzepts ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen, die verschiedene Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie erfindungsgemäß gestaltete Magnetkerne, Magnetkern teile bzw. Kompaktbleche betreffen und nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung einer Anordnung, in der mehrere amorphe Magnetbänder zunächst zusammengeführt und sodann durch Faltung zu einem I-förmigen Bandstapel verformt werden,
Fig. 2 den gemäß Fig. 1 erhaltenen I-förmigen Bandstapel in perspektivischer Darstellung,
Fig. 3 den Bandstapel nach Fig. 2 nach der Durchführung des Verfahrensschrittes des Herausziehens eines Teilbandstapels,
Fig. 4 den Bandstapel in der Phase des Verschwenkens des Teilbandstapels,
Fig. 5 einen Ausschnitt eines gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten L-förmigen Magnetkernteils,
Fig. 6 eine prinzipielle Anordnung von Vorratsrollen, wo amorphe Magnetbänder zusammengeführt und so gefaltet werden, daß sie einen I-förmigen Bandstapel bilden, dessen Bandenden auf einer Seite bündig und auf der anderen Seite alternierend verkürzt sind,
Fig. 7 eine Anordnung wie in Fig. 6, bei der eine Faltung so erfolgt, daß die Bandteile mit der kurzen Faltlänge beidseitig im Bandstapel um eine Bandbreite zurückgesetzt sind,
Fig. 8 einen I-förmigen Bandstapel, gewonnen mit einer Anordnung nach Fig. 7, bei dem die Hälfte des Bandstapels herausgezogen und teilweise verschwenkt wurde,
Fig. 9 ein erfindungsgemäß hergestelltes Magnetkernteil bzw. Kompaktblech, das an allen Stellen den gleichen Querschnitt aufweist,
Fig. 10 ein erfindungsgemäß hergestelltes Magnetkernteil bzw. Kompaktblech, das aus einem Bandstapel nach Fig. 7 gewonnen wurde und das an beiden Enden der Schenkel des I-förmigen Teils einen Querschnitt, der um 50 % vermindert ist, aufweist,
Fig. 11 ein erfindungsgemäß hergestelltes lamelliertes Kompaktblech, dessen einzelne Lagen an ihren Enden miteinander verbunden sind und das an seinen beiden Enden eine annähernd um die Hälfte reduzierte Stärke aufweist,
Fig. 12a ein lamelliertes Kompaktblech nach Fig. 11 in einer schematischen Darstellung, das nur an einem Ende des Blechs eine um die Hälfte reduzierte Stärke aufweist,
Fig. 12b ein lamelliertes Kompaktblech nach Fig. 11 in einer schematischen Darstellung, das an beiden Enden des Blechs eine um die Hälfte reduzierte Stärke aufweist, wobei die Bereiche reduzierter Stärke verschieden groß sind,
Fig. 12c ein lamelliertes Kompaktblech nach Fig. 1 in einer schematischen Darstellung, das an einem Ende eine um zwei Drittel reduzierte Stärke aufweist,
Fig. 12d ein lamelliertes Kompaktblech nach Fig. 11 in einer schematischen Darstellung, das an beiden Enden eine um zwei Drittel reduzierte Stärke aufweist,
Fig. 13 eine Vorrichtung zur Herstellung von gefalteten Bandstapeln aus verschiedenen amorphen Bändern für die Herstellung von Mischkernen,
Fig. 14 einen Bandstapel aus verschiedenen amorphen Bändern, teilweise verschwenkt zur Bildung eines L-förmigen Teils, dessen Schenkel unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen,
und
Fig. 15 ein Kompaktblech mit unterschiedlicher Faltlänge, welches aus Bändern unterschiedlicher Eigenschaften besteht.

In der Figur 1 sind in der Anordnung zur Erzeugung eines I-förmigen Bandstapels zunächst 4 Vorratsrollen 1, 2, 3, 4 mit Bändern aus amorphem Magnetmaterial gezeigt. Das hier zur Anwendung kommende Magnetmaterial besteht aus Fe 80 B 14 Si6 und hat die Eigenschaft, daß es bei der Faltung nicht bricht. Das Magnetmaterial hat eine Bandbreite von 20 mm und eine Bandstärke von 0,025 mm. Über nicht dargestellte Antriebsmittel werden die Bänder über Führungsrollen 5, 6, 7, 8 zusammengeführt. Diese Führungsrollen können zugleich zur Aufbringung von Substraten, zur Beschichtung u. dgl. verwandt werden. So ist es möglich, die Führungsrollen 5 und 6, die die Bänder aus den Vorratsrollen 1 und 2 führen, als Klebevorrichtung auszubilden, die in gewissen Abständen eines der Bänder mit einem Klebemittel betupft, was erfindungsgemäß vorteilhaft ist, da sich diese beiden Bänder gegenseitig nicht verschieben sollen. Die gleiche Einrichtung weist die Führungsrolle 8 auf, wodurch gewährleistet wird, daß die Bänder von den Vorratsrollen 3 und 4 gegeneinander nicht verschiebbar sind. Um zu gewährleisten, daß der Einfluß des aufgebrachten Klebstoffs auf den Füllfaktor der Kerne gering bleibt, ist es möglich, den Abstand der Betupfungsstellen so zu wählen, daß pro Faltlänge nur eine Berührung erfolgt, wobei es vorteilhaft ist, die Anordnung so auszuführen, daß der Abstand der Betupfungsstellen ein wenig größer oder ein wenig kleiner als eine Faltlänge ist und damit eine Verteilung des Klebstoffauftrags über die gesamte Länge des I-förmigen Bandstapels erfolgt. In ebenfalls nicht näher dargestellter Weise bringt die Führungsrolle 7 auf das Band von der Vorratsrolle 3 eine die Gleitfähigkeit erhöhende, gut benetzende Flüssigkeit, z. B. Silikonöl, auf. Da es bei der Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft ist, wenn die aneinander gut haftenden Bänder der Vorratsrollen 3 und 4 gut verschiebbar sind, wird über die Transportrollen 9 und 10, die die Vereinigung der beiden Bänderpaare bewirken, das so hergestellte Laminat einer Faltvorrichtung 11 zugeführt und anschließend als I-förmiger gefalteter Bandstapel 12 aus mäanderförmig verformten Folien abgelegt. Natürlich ist die in Fig. 1 beschriebene Anordnung in vielfältiger Weise abwandelbar. Zum Beispiel wird es zweckmäßig sein, durch Übereinanderanordnung solcher Rollen Kombinationen von mehr als zwei Bändern miteinander zu verbinden, weil es bei der Verarbeitung vorteilhaft ist, wenn eine geringere Anzahl von Faltungen bei gleicher Bandstapelhöhe erforderlich ist und die zu verschiebenden Teilstapel in sich stabiler sind. Außerdem ist die in Fig. 1 gezeigte Anordnung nur zur Erzeugung von L-förmigen Magnetkernteilen oder Kompaktblechen geeignet. Für die Erzeugung von U-förmigen Magnetkernteilen, Kompaktblechen oder geschlossenen Magnetkreisenwäre dagegen die Anordnung einer durch drei bzw. durch vier teilbaren Anzahl von Bändern bzw. Bandkombinationen notwendig.
In Fig. 2 ist in nicht maßstabsgerechter Darstellung der Bandstapel, wie er in einer Anordnung nach Fig. 1 gewonnen wird, in perspektivischer Sicht gezeigt. Gemäß der Erfindung wird nunmehr der einem Bänderpaar, welches von den Vorratsrollen 3 und 4 stammt, entsprechenden Teilbandstapel 13 gegenüber dem Bandstapel 14 von den Vorratsrollen 1 und 2 in Längsrichtung des Bandstapels verschoben, was zu einer Anordnung gemäß Fig. 3 führt. Dabei sind die Bänderpaare der Bandstapel 13 und 14 als einheitliches Blech behandelt und gezeichnet. Nachdem der Teilbandstapel 13 des einen Bänderpaares, wie in Fig. 3 gezeigt, herausgezogen ist, wird dieser, wie in Fig. 4 gezeigt, um 90 Grad zur Längsachse des Teilstapels aus dem Bandstapel 14 des anderen Bandpaares geschwenkt, wobei die Bandstapel im Eckbereich bündig angeordnet sind. Dieser Verfahrensschritt führt nunmehr zu einem L-förmigen Magnetkernteil, wie in Fig. 5 gezeigt.
Will man U-förmige Magnetkernteile oder Kompaktbleche erzeugen, so erfolgt dies entweder derart, daß aus dem Gesamtbandstapel zwei jeweils einem Drittel der Bänder entsprechende Teilbandstapel in einander entgegengesetzter Richtung der Längsachse herausgezogen und sodann, wie anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben, so verschwenkt werden, daß eine U-förmige Anordnung entsteht. Es ist auch möglich, analog Fig. 3 einen zwei Drittel der Bänder bzw. Bänderpaare entsprechenden Teilbandstapel herauszuziehen und nach dem ersten Verschwenken um 90 Grad die Hälfte des verschwenkten Teilbandstapels erneut herauszuziehen und den dabei resultierenden Teilbandstapel in gleicher Schwenkrichtung wiederum um 90 Grad zu verschwenken.
Demzufolge bedarf es hierbei einer solchen Anzahl von verschwenkbaren Bändern bzw. Bänderpaaren, die durch drei teilbar ist.
Zur Herstellung kompletter Magnetkerne ist es möglich, zunächst einen drei Viertel der Bänder bzw. Bänderpaare entsprechenden Teilbandstapel herauszuziehen und zu verschwenken, anschließend einen der Hälfte der ursprünglichen Bänder bzw. Bänderpaare bzw. zwei Drittel des herausgezogenen ersten Teilbandstapels entsprechenden Teilbandstapel daraus herauszuziehen und zu verschwenken und sodann die Hälfte des erhaltenen zweiten Teilbandstapels mit dem verbliebenen restlichen Bandstapel in Eingriff zu bringen, nachdem zuvor auf einem oder zwei Schenkeln des so entstandenen Zweischenkelkerns eine bzw. mehrere Wicklungen aufgebracht wurden.
In Fig. 6 ist nochmals eine Anordnung zur Erzeugung eines I-förmigen Bandstapels gezeigt. Gleiche Bauteile bzw. Baugruppen tragen in Fig. 6 die gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1. Mit "B" ist hier die Bandbreite der Bänder aus amorphem Magnetmaterial bezeichnet, die auf den Vorratsrollen 1, 2, 3, 4 aufgewickelt sind. Die Faltvorrichtung 15 bewirkt hier eine derartige Faltung der Bänder, daß alternierend auf eine größere Faltlänge L1 eine kleinere Faltlänge L2 folgt. Die Differenz zwischen großer Faltlänge L1 und kleiner Faltlänge L2 ist dabei gleich oder annähernd gleich der Breite B der Bänder gewählt. Die Verkürzung der Faltlänge L2 gegenüber der Faltlänge L1 erfolgt dabei immer auf der gleichen Seite, so daß nach Ablage der gefalteten Bänder in einem Bandstapel 16 die einen Enden des Bandstapels 16 bündig angeordnet sind, während sie an dem anderen Ende des Bandstapels 16 alternierend um eine Bandbreite versetzt sind.
In Fig. 7 ist der Fall dargestellt, daß die Faltvorrichtung 15 die gemeinsame und gleichzeitige Faltung so vornimmt, daß auf die große Faltlänge L3 eine kleinere Faltlänge L4 folgt, die sich von der großen Faltlänge L3 um die doppelte Breite B unterscheidet. Dabei erfolgt die Faltung und Ablage derart, daß die Bänder mit der kleineren Faltlänge L4 auf beiden Seiten eines Bandstapels 17 alternierend und gleichmäßig gegenüber den Bändern mit der großen Faltlänge L3 zurückversetzt sind.
Fig. 8 zeigt in perspektivischer Ansicht sodann den Bandstapel 17, der in einer Anordnung nach Fig. 6 erhältlich ist. Dabei ist die Hälfte des Bandstapels bereits in der Längsrichtung L aus dem ursprünglichen Bandstapel herausgezogen und befindet sich jetzt in der Phase des Verschwenkens. Dieser Prozeß des Verschwenkens wird bis zum Erreichen eines rechten Winkels zwischen den Teilbandstapeln ausgeführt und ergibt sodann ein Magnetkernteil bzw. ein Kompaktblech, dessen sich überlappende Enden der Teilstapel untereinander nicht formschlüssig verbunden sind.
Anhand der Fig. 9 und 10 ist deutlich erkennbar, daß das Kompaktblech sowohl in den ganzen Schenkelbereichen, als auch in den Eckbereichen gleiche Stapelhöhe aufweist. Allerdings unterscheiden sich die Fig. 9 und 10 von der Fig. 8 dadurch, daß die Enden der Teilbandstapel bei den Fig. 9 und 10 miteinander formschlüssig verbunden sind. Dies erzielt man dadurch, daß man den herausgezogenen und verschwenkten Bandstapel nochmals in seiner neuen Längsrichtung verschiebt.
Anhand der Fig. 10 wird erkennbar, wie man aus dem Bandstapel 16 ein L-förmiges Kompaktblech gewinnt. Dieses Teil weist wiederum in dem Eckbereich, der durch Schwenken entstanden ist, die gleiche Stapelhöhe wie in den angrenzenden Schenkelbereichen auf. Der Unterschied zur Fig. 9 besteht aber hier darin, daß in den Endbereichen der Schenkel, die der Bandbreite B entsprechen, sich der Querschnitt des Schenkelendes auf die Hälfte des Querschnitts des Schenkels verringert. Das Ende dieses Kompaktblechs ist dabei unverformt gezeigt und erfordert zur Herstellung eines Magnetkernteils bzw. eines Magnetkerns ein zweites, gleiches L-förmiges Teil.
Es ist auch möglich und vorteilhaft, dieses Schenkelende durch Zusammenpressen so zu verformen, daß sich alle zugehörigen Bänder berühren, so daß das zur Ergänzung eines geschlossenen Magnetkreises notwendige zweite L-förmige Teil einfach aufgelegt werden kann, was den Schicht- bzw. Schachtelprozeß erleichtert.
Ferner ist es möglich, die Faltungen so durchzuführen, daß der alternierende Wechsel von langen zu kurzen Faltlängen sowie von kurzen zu langen Faltlängen nicht wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt erfolgt, wo der Wechsel von Faltung zu Faltung erfolgt; vielmehr können auch mehrere Faltungen einer Faltungslänge aufeinanderfolgen, bevor dann auf eine andere Faltungslänge übergegangen wird. Dabei sollte die Anzahl gleicher Faltungslängen, vorteilhaft z. B. 4 bis 12 betragen, so daß Konfigurationen entstehen, die der Verwendung von konventionellen Transformatorenblechen entsprechen. Solche Anordnungen sind zwar aus der Sicht optimaler Magnetfeldverläufe nicht mehr die günstigsten, haben aber den Vorteil, daß subtile Arbeitsgänge vermieden werden.
Bei Verwendung von L-förmigen Magnetkernteilen bzw. Kompaktblechen nach Fig. 10 entsteht nach Zusammenfügen der Teile ein quadratischer Magnetkern mit einem Kernfenster entsprechender Gestalt, während bei Verwendung des I-förmigen Magnetkernteils bzw. L-förmigen Kompaktblechs nach Fig. 9 ein rechteckiger Magnetkern entsteht, wobei sich der Unterschied der Seiten des Magnetkerns auf eine Bandbreite beläuft.
Eine weitere Ausführungsvariante auf der Basis gefalteter dünner Bänder aus amorphem Material mit unterschiedlicher Faltlänge zeigt Fig. 11. Hier ist in perspektivischer Darstellung ein als I-förmig bezeichnetes Kompaktblech gezeigt, das aus zwei Teilstapeln 18 und 19 besteht, die eine bauliche Einheit bilden. Unter I-förmigen Blechen versteht man dabei solche, die die Form eines langgestreckten Rechtecks in der Draufsicht aufweisen.
Das Kompaktblech besteht aus dünnen magnetischen Bändern aus amorphem Magnetmaterial. Das Magnetmaterial besteht wiederum aus einer Legierung FE 80B14516 und hat duktile Eigenschaften. Es weist eine Bandbreite von 20 mm und eine Bandstärke von ca. 0,025 mm auf. In einer Falteinrichtung, wie sie z. B. in Fig. 6 gezeigt ist, werden die amorphen Bänder lagenweise so gestapelt, daß die Enden des Kompaktblechs jeweils verbunden sind. Ferner ist das aus zwei Teilstapeln 18 und 19 gebildete Kompaktblech durch eine Längendifferenz der Teilstapel gekennzeichnet, die an jedem Bandstapelende eine Bandbreite beträgt. Somit entsteht an den Enden des Kompaktblechs eine Reduzierung seiner Stärke.
Die Fig. 12a - 12d zeigen in schematischen Darstellungen verschiedenartig gestaltete I-förmige Kompaktbleche. Unterschiedlich sind die an dem Ende bzw. den Enden der Kompaktbleche entstandenen reduzierten Stärken und/oder der Bereich der reduzierten Stärke in Längsrichtung.
In Fig. 12a wird ein erfindungsgemäß hergestelltes Kompaktblech gezeigt, das an dem einen Ende des Teils eine um die Hälfte reduzierte Stärke aufweist, wobei der Bereich reduzierter Stärke in Längsrichtung des Teils einer Bandbreite entspricht. Natürlich liegt es auch im Umfang der Erfindung, den Bereich reduzierter Stärke in Längsrichtung des Teils um mehr als eine Bandbreite auszubilden. Dies wäre in dem Fall günstig, wenn ein ebenfalls erfindungsgemäß hergestelltes Kompaktblech anderer Bandbreite beim Legen eines Kerns Anwendung finden soll.
Fig. 12b zeigt ein Kompaktblech nach Fig. 12a, das an dem anderen Ende des Teils eine um die Hälfte reduzierte Stärke aufweist, wobei der Bereich reduzierter Stärke in Längsrichtung des Blechs eine halbe Bandbreite beträgt. Der Einsatz solcher Kompaktbleche ist in Dreischenkelkernen vorteilhaft.
Fig. 12c stellt ein Kompaktblech dar, das an dem einen Ende eine um zwei Drittel reduzierte Stärke aufweist, wobei der um eine Bandbreite in Längsrichtung des Teils herausragende Teil mittig angeordnet ist.
Fig. 12d zeigt dagegen ein Kompaktblech, bei dem die in Fig. 12c dargestellte, oben beschriebene Anordnung an beiden Enden des Kompaktblechs realisiert wurde. Diese nach den Fig. 12c und 12d realisierten Kompaktbleche können in Kombination mit dem in Fig. 12a beschriebenen Kompaktblech zu L- und U-förmigen sowie zu geschlossenen Kernen gelegt werden. Ferner besteht die Möglichkeit, die vorstehend beschriebenen Kompaktbleche in der Länge zu variieren, so daß Variationen in der rechteckigen Form des Kernfen sters möglich sind.
Im Sinne der vorstehenden Ausführungen versteht man unter einem Magnetkernteil ein hergestelltes lamelliertes Teil aus Magnetmaterial, das sich durch seine größere Stapelhöhe von Kompaktblechen unterscheidet, wobei aus wenigen Magnetkernteilen der komplette Magnetkern entsteht. Dagegen wird unter einem Kompaktblech ein lamelliertes Teil aus Magnetmaterial verstanden, das durch eine Stapelhöhe von etwa 0,3 bis 1,5 mm gekennzeichnet ist und das zu Magnetkernen führt, wie sie bei Verwendung von konventionellen Magnetblechen und mit einer Anordnung von zwei bis drei Blechen pro Falz entstehen.
Die vorstehend beschriebenen Lösungen eignen sich auch gut in Weiterbildung der Erfindungen zur Herstellung von Mischkernen. Dabei versteht man unter Mischkernen lamellierte Magnetkerne, bei denen Magnetbleche bzw. Magnetbänder mit unterschiedlichen magnetischen oder sonstigen Eigenschaften Anwendung finden. Die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erfolgt unter Bezugnahme auf die Fig. 13 bis 15.
In der Fig. 13 ist eine Anordnung gezeigt, die der Herstellung eines gefalteten Bandstapels aus amorphen Bändern dient und die weitestgehend den Anordnungen der Fig. 1 und 6 entspricht. Sie weist ebenfalls Vorratsrollen 1, 2, 3, 4 auf, die dünne Magnetbänder, z. B. von 0,03 mm Stärke, aufnehmen. Diese Bänder werden den Vorratsrollen 1, 2, 3, 4 entnommen und über Führungsrollen 5, 6, 7, 8 in eine parallele Lage zueinander gebracht. Dabei können bestimmte Führungsrollen wiederum zugleich dazu benutzt werden, die Bänder kontinuierlich oder punkt- bzw. strichweise mit Klebstoff zu versehen, z. B. dann, wenn die Bänder zu Kompaktblechen bzw. Magnetkernteilen nach Fig. 15 verarbeitet werden. Vermittels von Transportrollen 9 und 10 werden die Bänder von den vier Vorratsrollen 1-4 zusammengefaßt und in eine Faltvorrichtung 11 eingeführt. Diese Faltvorrichtung faltet die zusammengefaßte Bandkombination gleichzeitig und mit definierter Länge zu einem Bandstapel 20. Es ist auch möglich, die Faltlänge wie nach Fig. 6 alternierend zu verändern bzw. nach einer bestimmten Zahl von Faltungen die Faltlänge zu verändern, was sodann zu einem Bandstapel nach Fig. 15 führt.
Gemäß der Weiterbildung der Erfindung wird hier aber die Bestückung der Vorratsrollen 1-4 so vorgenommen, daß es zu einer Mischung von Eigenschaften des Bandstapels bzw. der daraus geformten Teile kommt. Werden die Rollen 1 und 2 mit Magnetmaterial gleicher Eigenschaften bestückt - in Fig. 13 mit µ₁ bezeichnet - während die Rollen 3 und 4 ein Magnetmaterial anderer Eigenschaft aufweisen - µ₂ -, und arbeiten die Führungsrollen 5, 6 und 8 auch gleichzeitig im Sinne der Aufbringung einer Klebschicht, während die Führungsrolle 7 ein haftminderndes Mittel aufbringt, so entsteht ein Bandstapel, der wie in Fig. 12 gezeigt verarbeitet werden kann. Durch Herausziehen eines der Hälfte des gesamten Bandstapels entsprechenden Teilbandstapels (vgl. Fig. 14) entsteht ein L-förmiges Magnetkernteil bzw. ein L-förmiges Kompaktblech, dessen einer Schenkel 22 aus Magnetmaterial der Eigenschaft µ₁ und dessen anderer Schenkel 21 aus Magnetmaterial der Eigenschaft µ₂ besteht. Dieser Mischkern weist also in Flußrichtung betrachtet Zonen unterschiedlicher Eigenschaft auf und führt bei Materialien mit unterschiedlichem Sättigungs- bzw. Permeabilitätsverhalten zu Scherungseffekten.
Werden hingegen die Vorratsrollen 1 und 2 sowie 3 und 4 jeweils mit Magnetmaterial unterschiedlicher Eigenschaft bestückt oder weist sogar jede Vorratsrolle ein Magnetmaterial unterschiedlicher Eigenschaft auf und bringen alle Führungsrollen 5, 6, 7 und 8 Klebstoff auf, so entsteht ein Kompaktblech nach Fig. 15 mit einer resultierenden Permeabilität, wenn sich die Einzelbänder diesbezüglich unterscheiden. Natürlich ist die Zahl der verwendeten Vorratsrollen und die Zahl von zu Gruppen zusammengefaßten Vorratsrollen beliebig veränderbar, womit die Kombinationsmöglichkeiten zur Zusammensetzung von Mischkernen steigen. Zum Beispiel können die Bänder aus 3 Vorratsrollen zu einer Gruppe zusammengefaßt werden, wobei die bei den äußeren Bänder günstige duktile Eigenschaften aufweisen, während sich das von diesen Bändern eingeschl ossene Band in anderer Beziehung auszeichnet. Bei geeigneter Verbindung der Bleche einer Gruppe oder eines Kompaktblechs ist auch die Kombination von Blechen mit günstigen magnetostriktiven Eigenschaften und solchen mit einem günstigen Verlauf der Magnetisierungskurve möglich. Ferner ist auch der Einsatz von teilweise kristallinen bzw. sogar vollständig kristallinen Bändern in Kombination mit amorphen Bändern möglich. Der Vorteil liegt hierbei in der erhöhten Sättigungsinduktion des Mischkerns im Vergleich zu amorphen Kernen bei verringerten spezifischen Ummagnetisierungsverlusten gegenüber reinen kristallinen Kernen. Für die Mischung von Magnetmaterialien kommen also solche unterschiedlicher Legierung als auch solche unterschiedlichster Eigenschaften bezüglich Permeabilitätsverhalten, Sättigungs verhalten, Magnetostriktion oder unterschiedlicher Duktilität in Betracht. Es gehört mit zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die verschiedenen Komponenten in verschiedener Weise miteinander zu kombinieren.
Des weiteren hat es sich gezeigt, daß es nicht schädlich ist, wenn im Laufe des Faltvorgangs oder bei den nachfolgenden Behandlungen der Magnetkerne, der Magnetkernteile oder Kompaktbleche die Bänder in den Bereichen der Faltung ganz, teilweise oder hin und wieder brechen. Vielmehr tritt dann der Vorteil ein, daß der unvermeidliche Auftrag im Bereich dieser Zonen minimal wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von lamellierten Magnetkernen, Magnetkernteilen und Kompaktblechen für elektrische Induktionsapparate aus dünnsten Bändern, z. B. aus amorphem Magnetmaterial, bei dem zunächst durch gleichzeitiges und gemeinsames mäander- bzw. zickzackförmiges Falten von übereinander angeordneten Bändern I-förmige Bandstapel (12) hergestellt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein zu einem Band oder zu mehreren Bändern gehöriger Teilbandstapel (13) des I-förmigen Bandstapels (12) herausgezogen wird und anschließend der herausgezogene Teilbandstapel (13) gegenüber der Längsachse des verbliebenen Bandstapels (14) geschwenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Herstellung L-förmiger Magnetkernteile eine geradzahlige Anzahl von Bändern gemeinsam und gleichzeitig mäanderförmig gefaltet wird und die einem oder mehreren Bändern zugehörige Hälfte des I-förmigen Bandstapels (12) als Teilbandstapel (13) teilweise herausgezogen und mit seiner Längsachse zur Längsachse des verbliebenen Bandstapels (14) um 90 Grad geschwenkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Herstellung U-förmiger Magnetkerne bzw. Magnetkernteile eine durch drei teilbare Anzahl von Bändern gemeinsam und gleichzeitig gefaltet wird, daran anschließend ein zwei Drittel dieser Bänder entsprechender Teilbandstapel aus dem I-förmigen Bandstapel herausgezogen und mit seiner Längsachse zur Längsachse des verbliebenen Bandstapels um 90 Grad geschwenkt wird und daran anschließend die einem oder mehreren Bändern zugehörige Hälfte des geschwenkten Teilbandstapels wiederum teilweise herausgezogen und um 90 Grad geschwenkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine durch vier teilbare Anzahl von Bändern gemeinsam und gleichzeitig mäanderförmig gefaltet wird und drei Viertel dieser Bänder entsprechende Teilbandstapel aus dem I-förmigen Bandstapel in einer oder in beiden Richtungen sowie in der Längsrichtung des I-förmigen Bandstapels herausgezogen und durch ein und/oder zweimaliges oder dreimaliges Schwenken zu einem geschlossenen quadratischen lamellierten Kern zusammengesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der geschwenkte Teilbandstapel und/oder der verblie bene Bandstapel in einer oder in beiden Längsrichtungen derart verschoben wird, daß sich die beiden Bandstapel teilweise oder ganz in Formschluß befinden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Faltung aller parallel eingeführten Bänder alternierend mit unterschiedlichen Faltlängen (L1, L2, L3, L4) ausgeführt wird und die Differenz der Faltlängen L1-L2 bzw. L3-L4 gleich oder annähernd gleich der Breite (B) oder der doppelten Breite (B) der übereinander angeordneten Bänder gewählt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Faltung so durchgeführt wird, daß entweder einseitig oder beidseitig des I-förmigen Bandstapels die Bänder mit der großen Faltlänge aus dem Stapel um eine Bandbreite herausragen.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der alternierende Übergang von einer langen Faltlänge auf eine kurze Faltlänge bzw. von einer kurzen Faltlänge auf eine lange Faltlänge nach einer Anzahl gleicher Faltlängen durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Herstellung von Mischkernen so verfahren wird, daß jedes Band oder die Bänder einer oder mehrerer Gruppen von Bändern, die insbesondere von Vorratsrollen abgenommen werden, aus amorphem Magnetmaterial mit mindestens einer unterschiedlichen Eigenschaft, z. B. bezüglich Permeabilität, Sättigung, Induktion, Magnetostriktion oder Duktilität, bzw. unterschiedlicher Legierung bestehen.

10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung von Kompaktblechen, Magnetkernteilen bzw. Magnetkernen von Vorratsrollen benachbarte Bänder mit unterschiedlichen Eigenschaften zusammengeführt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung von Magnetkernteilen oder Magnetkernen mit einer Reihenschaltung unterschiedlicher Kernzonen von zu Gruppen zusammengefaßten Vorratsrollen benachbarte Bänder abgenommen werden, die gleiche Eigenschaften aufweisen.

12. Verfahren zur Herstellung von lamellierten Magnetkernteilen bzw. lamellierten Kompaktblechen I-förmiger Gestalt, die aus dünnen Bändern bestehen und durch Faltung eines oder mehrerer Bänder erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß mittels einer Faltvorrichtung zunächst das Band bzw. die Bänder gemeinsam in mehrere Lagen gleicher Faltlänge zu einem ersten Teilstapel und danach mehrere Lagen mit einer anderen Faltlänge zu einem zweiten Teilstapel gefaltet werden und die Differenz beider Faltlängen gleich oder annähernd gleich der halben Breite des Bandes bzw. der Bänder oder eines ganzzahligen Vielfachen n ist, wobei n im Bereich von n=2 bis n=4 gewählt wird.

13. Lamellierte Magnetkerne, Magnetkernteile und Kompaktbleche, erhältlich nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 12.

14. Lamellierte Magnetkerne, Magnetkernteile und lamellierte Kompaktbleche I-förmiger Gestalt, die aus dünnen Bändern, z. B. aus amorphem Magnetmaterial, bestehen, die an den Enden des Magnetkernteils bzw. Kompaktblechs jeweils miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Magnetkernteil bzw. Kompaktblech an einem oder an beiden Enden eine reduzierte Stärke aufweist.

15. Lamellierte Magnetkerne, Magnetkernteile bzw. lamellierte Kompaktbleche nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß ihre Stärke an einem oder beiden Enden auf die halbe oder annähernd die halbe Gesamtstärke reduziert ist und daß der Bereich reduzierter Stärke in Längsrichtung des Teils oder Bleches der Bandbreite oder annähernd der Bandbreite entspricht.

16. Lamellierte Magnetkerne, Magnetkernteile bzw. lamellierte Kompaktbleche nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bereich reduzierter Stärke an beiden Enden in Längsrichtung des Teils oder Bleches genau oder annähernd der doppelten Bandbreite entspricht.